ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXIII 2023

Галина МАРТИНЮК1, Олена АКСІМЕНТЬЄВА-КРАСНОПОЛЬСЬКА2

1Рівненський державний гуманітарний університет, вул. Пластова, 31в, 33000 Рівне, Україна
е-mail: galmart@ukr.net

2Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.086

ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ТА ЕЛЕКТРОПРОВІДНИХ ПОЛІМЕРІВ

Досліджено електричні властивості полімер-полімерних композитів на основі діелектричних полімерних матриць різного типу − водорозчинних (ПВС, ПМАК, ПАК) і гідрофобних (ПММА, ПБМА, ЕД-20, СтМА). Спряжені поліаміноарени – поліортотолуїдин (ПоТІ), поліортоанізидин (ПоА) та поліанілін (ПАН) використано як електропровідні полімерні наповнювачі.
З’ясовано, що криві залежності питомої електропровідності композитів від об’ємного вмісту полімерного наповнювача в усіх випадках характеризуються перколяційною поведінкою зі значеннями порога перколяції на рівні 2−10 об. %. За такого невеликого вмісту спряженого полімеру для всіх досліджуваних композитів провідність зростає на 6–10 порядків.
Вперше визначено критичні параметри провідності полімерних композитів з електропровідним полімерним наповнювачем до і після порогу перколяції «t» і «s». Виявлено, що значення порогу перколяції та критичних параметрів провідності залежить від багатьох факторів, найперше від типу діелектричної матриці і структури наповнювача, наявності та типу замісника бензольного ядра в молекулі поліаміноарену.

Ключові слова: полімерний композит, електропровідний полімер, діелектрична матриця, поріг перколяції, критичні параметри.

Література:

    1. Aksimentyeva О.I., Konopelnyk O.I., Martyniuk G.V. Chapter 9. Synthesis and Physical- Chemical Properties of Composites of Conjugated Polyaminearenes with Dielectric Polymeric Matrixes / eds.: O.V. Reshetnyak, G.E. Zaikov. Computational and Experimental Analysis of Functional Materials. Toronto: Apple Academic Press, 2017. P. 331−370. (https://doi.org/10.1201/9781315366357-9).
    2. Нeeger A.J. Semiconducting and metallic polymers: the fourth generation of polymeric materials. Synth. Metals. 2002. Vol. 123. P.23−42. (https://doi.org/10.1016/S0379-6779(01)00509-4).
    3. Aksimentуeva O.I. Electrochemical methods of synthesis and conductivity of conjugated polymers. Lviv.: Svit. 1998. 153 p. (in Ukrainian).
    4. Aksimentyeva O., Konopelnyk O., Opaynych I., Tzish B., Ukrainets A., Ulansky Y., Martyniuk G. Interaction of components and conductivity in polyaniline-polymethylmethacrylate nanocomposites. Rev. Adv. Mater. Sci. 2010. Vol. 23(2). P.30–34.
    5. Aksimentyeva O., Dutka V. Gorbenko Yu., Martynyuk G. and others. Composites of conductive polyaminoarenes in styrofoam matrices. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2017. Vol. XLVIII. Р. 7–16. (in Ukrainian). (http://nbuv.gov.ua/UJRN/pntsh_him_2017_48_3).
    6. Yevchuk O., Aksimentyeva O., Horbenko Yu. Optical and electrical properties of composites of conjugated polyaminoarenes with polymer electrolytes. Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2012. Vol. 53P. 352–356 (in Ukrainian).
    7. Herega А. Some Applications of the Percolation Theory: Brief Review of the Century Beginning. J. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 5(11–12). Р. 409−414. (https://doi.org/10.17265/2161-6213/2015.11-12.004).
    8. Mamunya Ye.P, Yurzhenko M.V., Lebedyev Ye.V, Levchenko V.V., Chervakov O.V., Matkovska O.K., Sverdlikovska O.S. Electroactive polymeric materials. K: Alfa Reklama, 2013. 402 p. (in Ukrainian).
    9. Tarasevich Yu.Yu. Percolation: theory, practice, algorithms. Tutorial. M.: URSS, 2002, 112 p.
    10. Hu N., Masuda Z., Yan C., Yamamoto G., Fukunaga H., Hashida T. The electrical properties of polymer nanocomposites with carbon nanotube fillers. Nanotechnology. 2008. Vol. 19(21).
    (https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/21/215701).
    11. Snarskii A.A. Did Maxwell know about the percolation threshold? (on the fiftieth anniversary оf percolation theory). Phys. Usp. 2007. Vol. 50(12). Р. 1239–1242. (https://doi.org/10.1070/PU2007v050n12ABEH006348).
    12. Xue Q. The influence of particle shape and size on electric conductivity of metal-polymer composites. Eur. Polym. J. 2004. Vol. 40(2). Р. 323–327. (https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2003.10.011).
    13. Taherian R. Development of an Equation to Model Electrical Conductivity of Polymer-Based Carbon Nanocomposites. ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2014. Vol. 3(6). P. M26−M38. (https://doi.org/10.1149/2.023406jss).
    14. Lysenkov E.A., Yakovlev Yu.V., Klepko V.V. Influence of polymer matrix features on the percolation behavior of systems based on polyethers and carbon nanotubes. Phys. Chem. Solid State. 2014. Vol. 15(1). Р. 372−379. (in Ukrainian). (http://hdl.handle.net/123456789/10315).
    15. Kirkpatrick S. Classical Transport in Disordered Media: Scaling and Effective-Medium Theories. Phys. Rev. Lett. 1971, Vol. 27(25). Р. 1722–1725. (https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.1722).
    16. Shklovsky B.I., Efros A.D. Theory of percolation and conductivity of strongly inhomogeneous media. Successes Fiz. Nauk. 1975. Vol. 117(3). Р.401–435. (https://doi.org/10.3367/UFNr.0117.197511a.0401).
    17. Martyniuk G., Aksimentyeva O., Yatskov M., Gakalo O. Synthesis kinetic features and electrical properties of composites based on conjugated polyaminoarenes and polyacrylic or polymethacrylic acids. Problems of chemistry and sustainable development. 2021. Vol. 3. Р. 30−38 (in Ukrainian). (https://doi.org/10.32782/pcsd-2021-3-5).
    18. Aksimentyeva O.І., Martyniuk G.V. Percolation phenomena in the polymer composites with conducting polymer fillers. Phys. Chem. Solid State. 2021. Vоl. 22(4). Р. 811−816. (https://doi.org/10.15330/pcss.22.4.811-816).
    19. Martyniuk G.V. Aksimentyeva О.І. Features of charge transport in polymer composites polymethylmethacrylate–polyaniline. Phys. Chem. Solid State. 2020. Vol. 21(2). Р. 319– 324. (https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.319-324).
    20. Christensen К. Percolation theory. L:MIT Press, 2002. 40 р.
    21. Aksimentyeva O.I., Konopelynyk O.I., Ukrainets A.M. etc. Conductivity anisotropy and percolation phenomena in film composites of conjugated polyaminoarenes with polyvinyl alcohol. Phys. Chem. Solid State. 2004. Vol. 5(1). Р. 142–146.
    22. Ukrainets A.M., Melnyk H.M., Yevchuk O.M., Aksimentyeva O.I. Physico-mechanical properties of poly(butyl methacrylate) and polyaniline composites. Scientific notes of Ternopil National Pedagogical University named after V. Hnatyuk. Chemistry Series, 2009. Vol. 15. Р. 64−67. (in Ukrainian).
    23. Martyniuk G., Aksimentyeva O. Study of electrical conductivity and thermal deformation properties of polybutyl methacrylate-polyaniline composites. Problems of Chemistry and Sustainable Development 2023. Vol. 1. Р. 16−27 (in Ukrainian).
    24. Aksimentyeva O.I., Hrytsiv M.Ya., Konopelynyk O.I. Temperature dependence of conductivity and structure of amine-containing polyarylenes. J. Phys. Res. 2002. Vol. 6(2). P. 180−184. (https://doi.org/10.30970/jps.06.180).
    25. Inokuty H., Akamatu H. Electroconductivity of organic semiconductors. Trans. with English M.: Izd. foreign lit. 1963. 205 p.
    26. Galina V.M. Physico-chemical properties of composites of conjugated polyaminoarenes with dielectric polymer matrices: Diss. Ph.D. chemical science: 02.00.04. Lviv. 2008. 139 p.
    27. Martyniuk G. Influence of dielectric polymer matrix on properties of composites with electrically conductive polymeric filler. East European Scientific Journal Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe. 2015. Vol. 3. Р. 73–77 (in Ukrainian).
    28. Yurkiv V, Aksimentyeva O, Ukrainets A., Martynіuk G., Opaynych I. Electrical properties of composites of polymethyl methacrylate and polyaniline. Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2006. Vol. 47. P. 352–356. (in Ukrainian).
    29. Мullen S., Stevens D.R., Roberts W.A., Ojha S.S., Clarke L.I., Gorgа R.E. Morphological, electrical and mechanical characterization of electrospun nanofiber mats containing multiwalled carbon nanotubes. Macromolecules. 2007. Vol. 40(4). Р. 997−1003. (https://doi.org/10.1021/ma061735c).
    30. Ziadan K.М., Hussein H.F., Ajeel K.I. Study of the electrical characteristics of poly(o-toluidine) and application in solar сеll. Energy Procediaю 2012.Vol. 18. P. 157–164. (https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.05.027).
    31. Berezkin V.I., Popov V.V. Percolation transition in carbon composite on the basis of fullerenes and exfoliated graphite. Phys. Solid State. 2018. Vol. 60. Р. 207−211. (https://doi.org/10.1134/S1063783418010043).

Як цитувати:

МАРТИНЮК Г., Олена АКСІМЕНТЬЄВА-КРАСНОПОЛЬСЬКА О. ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ТА ЕЛЕКТРОПРОВІДНИХ ПОЛІМЕРІВ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2023. Т. LXXIII. С. 86-94.

Завантажити файл